關(guān)于鋰電負(fù)極材料的種類分析以及不同材料的特點(diǎn)解析

現(xiàn)在的電池處處可見，那么你知道鋰電負(fù)極材料有哪些嗎?它們有什么特點(diǎn)?隨著全球多樣化的發(fā)展，我們的生活也在不斷變化著，包括我們接觸的各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你一定不知道這些產(chǎn)品的一些組成，比如鋰電負(fù)極材料。

鋰電池負(fù)極材料有克容量、倍率性能、循環(huán)壽命、首次效率、壓實(shí)密度、膨脹、比表面積等多項(xiàng)性能指標(biāo)，且難以兼顧，如大顆粒的壓實(shí)密度好、克容量高，但倍率性能不好;小顆粒反之。負(fù)極制造商要通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高材料的整體、綜合性能。負(fù)極材料作為鋰離子電池關(guān)鍵材料之一，在電芯成本中的占比為10%。新能源汽車及動(dòng)力鋰離子電池市場(chǎng)的持續(xù)高速上升，帶動(dòng)鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)量持續(xù)走高。

鋰電池的主要負(fù)極材料為錫基材料，鋰基材料，鈦酸鋰，碳納米材料，石墨烯材料等。鋰電池的負(fù)極材料的能量密度是影響鋰電池的能量密度的主要因素之一。鋰電池的正極材料，負(fù)極材料，電解質(zhì)和隔板被稱為鋰電池的四芯材料。下面我們簡(jiǎn)要介紹各種負(fù)極材料的性能指標(biāo)，優(yōu)缺點(diǎn)和可能的改進(jìn)方向。

碳納米管是具有石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料。它具有出色的導(dǎo)電性。同時(shí)，由于其深度小，釋放鋰時(shí)的行程短，作為負(fù)極材料以高倍率充放電時(shí)極化作用較小，可以提高電池的高倍率充放電性能。但是，當(dāng)將碳納米管直接用作鋰電池的負(fù)極材料時(shí)，將存在諸如不可逆容量高，電壓滯后和放電平臺(tái)不明顯的問題。例如，Ng等通過簡(jiǎn)單的過濾制備了單壁碳納米管，并將其直接用作負(fù)極材料。首次放電容量為1700mAh / g，可逆容量?jī)H為400mAh / g。

石墨具有許多優(yōu)良的性能，因此廣泛用于冶金，機(jī)械，電氣，化工，紡織，國(guó)防和其他工業(yè)部門，例如石墨模具，石墨電極，石墨耐火材料，石墨潤(rùn)滑材料，石墨密封材料等。我國(guó)是世界上石墨儲(chǔ)量最豐富的國(guó)家，也是最大的生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，在世界石墨工業(yè)中占有重要地位。根據(jù)國(guó)土資源部的統(tǒng)計(jì)，我國(guó)有結(jié)晶石墨儲(chǔ)量3085萬噸，基礎(chǔ)儲(chǔ)量5280萬噸。隱晶石墨儲(chǔ)量為1358萬噸，基本儲(chǔ)量為2371萬噸。中國(guó)的石墨儲(chǔ)量占世界的70%以上。

鈦酸鋰的許多優(yōu)點(diǎn)決定了其出色的循環(huán)性能和高安全性。但是，其電導(dǎo)率不高，并且在大電流充電和放電期間其容量嚴(yán)重劣化。通常使用表面改性或摻雜來提高其導(dǎo)電性。例如，Xiao等。以Mg(NO3)2為鎂源，通過固相法制備了Mg2 +摻雜的鈦酸鋰，表明摻雜Mg2 +不會(huì)破壞鈦酸鋰的尖晶石晶體結(jié)構(gòu)，且摻雜后的材料具有較好的分散性。它的比容量在10C的放電速率下可以達(dá)到83.8mAh / g，是未摻雜材料的2.2倍，并且經(jīng)過10次充放電循環(huán)后容量沒有顯著下降。交流阻抗測(cè)試表明，摻雜材料的電荷轉(zhuǎn)移電阻顯著降低。

硅的電壓平臺(tái)略高于石墨。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是鋰不太可能在充電過程中釋放。在安全性能方面，它比石墨具有很大的優(yōu)勢(shì)。從硅的來源來看，硅是地殼中含量最豐富的元素之一，來源廣泛且價(jià)格低廉。在充電和放電過程中，鋰的硅脫嵌反應(yīng)將伴隨著較大的體積變化(> 300%)，從而導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的破壞和機(jī)械粉末化，從而導(dǎo)致電極材料與電極材料之間的分離。從而失去電力。接觸導(dǎo)致容量迅速下降，循環(huán)性能下降。由于嚴(yán)重的體積效應(yīng)，硅表面上的SEI膜處于動(dòng)態(tài)破壞和重構(gòu)過程，這將導(dǎo)致鋰離子持續(xù)消耗，并進(jìn)一步影響循環(huán)性能。

圍繞著對(duì)鋰離子動(dòng)力電池的能量密度、安全性、倍率性、長(zhǎng)壽命的提升的要求，對(duì)未來的負(fù)極材料的走向，也提出了很多要求，基于上面說到的幾種材料，各有優(yōu)異，其未來的走向，還是需市場(chǎng)和技術(shù)來綜合衡量，切不可揠苗助長(zhǎng)，亦不可坐井觀天。

在研究設(shè)計(jì)過程中，一定會(huì)有這樣或著那樣的問題，這就需要我們的科研工作者在設(shè)計(jì)過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能促進(jìn)產(chǎn)品的不斷革新。